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例題精講 · 第 00916 題 · 自編示意 ρ = 2cosθ 的圓心、半徑與面積兩路回代

以自編示意極座標方程 ρ = 2cosθ 為材料,化為直角座標方程並求圓心、半徑、面積與 θ = π/3 處的點座標,用兩條獨立路徑互驗;參數均為自編示意。

00916題號全 1000 篇 · 第 第153輪 / 第153冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數與解三角形

一、考點定位與做題順序

極座標化直角靠 x = ρcosθ、y = ρsinθ、ρ² = x² + y²;兩邊同乘 ρ 常能把 ρ = 2cosθ 變成二次式。 本講把幾何法與積分法並列,避免只憑圖形直覺報面積。

二、逐題精講

題1

自編示意極座標方程為 ρ = 2cosθ。化為直角座標方程,求圓心、半徑、面積,並求 θ = π/3 時的極徑與直角座標。

解析

兩邊乘 ρ 得 ρ² = 2ρcosθ,即 x² + y² = 2x,配方得 (x − 1)² + y² = 1。 故圓心 (1, 0)、半徑 1、面積 π×1² = 3.141593。 θ = π/3 時 ρ = 2cos(π/3) = 1,x = ρcosθ = 0.5,y = ρsinθ = 0.866025。

答案 (x−1)² + y² = 1;圓心 (1,0),半徑 1,面積 3.141593;θ = π/3 時 ρ = 1,點 (0.5, 0.866025)。

採分點 互化 3 分;配方 2 分;圓心半徑 2 分;面積 1 分;極徑與點座標 2 分。

易錯點 直接把 ρ = 2cosθ 當成半徑為 2 的圓,會把面積放大到 4 倍。

題2

用圓面積公式與極座標面積積分兩條獨立路徑重算面積,並說明兩路為何一致。

解析

路徑一:由直角座標方程得半徑 1,面積 π×1² = 3.141593。 路徑二:極座標面積 0.5×∫ρ²dθ,ρ² = 4cos²θ,在 −π/2 到 π/2 上積分得 0.5×4×(π/2) = π ≈ 3.141593。 兩路一致是因為兩者描述的是同一個圓;積分式的角度區間恰好是 ρ 非負的一週。 數值回代核驗(按題面原始參數逐項獨立重算,每項另以一條獨立路徑互驗):半徑(配方所得圓的半徑)= 1;面積(幾何法與積分法兩路)= 3.141593;θ處極徑(代入 θ=π/3)= 1;該點縱座標(y = ρsinθ)= 0.866025;圓心橫座標(配方後的圓心)= 1;ρ最大值(θ=0 時的極徑)= 2

答案 兩路均為 3.141593;圓心 (1,0)、半徑 1。

採分點 兩條面積路徑各 3 分;積分區間說明 2 分;一致性理由 2 分。

易錯點 把積分區間取成 0 到 2π 會重複計算一次,得到 2π。

三、規律小結與對照表

量主路徑獨立路徑結果
半徑配方得 1ρ 最大值的一半1
面積math.pi*1**20.5*4*(math.pi/2)3.141593
θ=π/3 極徑2*math.cos(math.pi/3)11
該點 ymath.sin(math.pi/3)math.sqrt(3)/20.866025
圓心 x12/21

極座標化直角先乘 ρ 再配方;面積用幾何法與積分法兩路互驗。方程與區間均為自編示意,不對應任何真題數據。

四、自測清單

  • 是否兩邊同乘 ρ
  • 是否用 ρ² = x² + y²
  • 配方是否得到半徑 1
  • 面積是否為 π 而非 4π
  • 積分區間是否取 ρ 非負段
  • θ = π/3 的極徑是否為 1
  • 點座標是否代回圓方程
  • 兩路面積是否相等

五、數值回代明細

按題面原始參數逐項重算(構造時另以一條獨立路徑互驗一致):半徑 = 1;面積 = 3.141593;θ處極徑 = 1;該點縱座標 = 0.866025;圓心橫座標 = 1;ρ最大值 = 2。以上數值與本篇解析、答案欄、規律表逐處對應,示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理 ρ = 2cosθ 這一類過極點的圓;參數方程、圓錐曲線極座標形式、定積分分段面積與三角換元另屬相鄰板塊,不在此重複計數。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(數學):前 n 項和反解通項、均值不等式常數代換、極座標互化、橢圓焦點三角形、抽樣分配與直方圖中位數相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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極座標與直角座標互化:ρ = 2cosθ 的圓
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